种子休眠分子调控机理的研究进展（英文）

休眠是种子的生物适应习性,受到许多因素的调控。前人对种子的休眠进行了大量的、不同方面的研究,其广度和深度也在不断地扩大和深入。目前为止,随着数量遗传学方法和突变体等手段在种子休眠研究中的广泛使用,大量与休眠相关的数量性状位点(QTL)和突变基因已被识别,这些对于进一步揭示植物种子休眠与萌发的详细机制具有十分重要的意义。简单介绍了近年来关于种子休眠遗传变异研究,并从休眠特异性基因、染色质、种子生长发育及激素这四个不同角度简述植物种子休眠的诱导形成,同时试图从基因和分子水平上阐述环境因素对于种子休眠的作用机制,以及休眠解除的调控机理,以期为种子休眠的研究提供一定的参考。     

砂梨种子休眠原因与解除休眠方法的研究

对砂梨(P.pyrifaliaNakai)种子休眠主要原因与解除休眠的主要方法进行了研究。结果表明,引起砂梨种子休眠的主要有种皮障碍、种胚休眠和种胚后熟;而解除休眠的主要方法为低温层积处理和植物生长调节剂处理。裸层积和沙层积在解除种子休眠上的发芽效果是一致的,使用GA3溶液浸种,不能完全打破种子休眠,用GA3500~1 000 mg/L低温层积30 d即可解除种子休眠,比直接沙层积缩短30d,其发芽率比直接沙层积高。     

墨兰 CsAP1-A 基因克隆及表达分析

【目的】AP1 基因在植物的花器官发育和开花调控中发挥重要作用，对墨兰 AP1 基因进行克隆与表达分析可为研究其在墨兰花发育和开花调控中的作用提供前期基础。【方法】以墨兰品种‘小香’为材料，克隆到 1 个 AP1 基因，命名为 CsAP1-A。通过生物信息学分析其基因结构、蛋白结构域和进化关系，利用 RT-qPCR 方法分别检测 CsAP1-A 在墨兰不同器官、不同花发育阶段和不同花组织部位的表达情况；通过转录组测序分析 CsAP1-A 在 5 个不同花型墨兰品种花组织部位的表达情况；通过蛋白互作预测软件分析 CsAP1-A 与其他蛋白的互作关系。【结果】CsAP1-A 基因编码区为 744 bp，编码 248 个氨基酸，含有高度保守的 MADS-box 和K-box 结构域，符合 MADS-box 转录因子家族特征。CsAP1-A 与其他兰科植物 AP1 蛋白相似性较高，其中与春兰 AP1/FUL3（APY18447.1）和蕙兰 MADS1（AGE15496.1）的同源性最高。RT-qPCR 分析结果表明，CsAP1-A在墨兰不同器官中均有表达，在花中表达量最高，且集中在花芽分化初期（S1）高表达。在不同花型的墨兰品种中，CsAP1-A 在 WT（普通型）、MPV（重瓣花型）、LaPV（花瓣唇瓣化花型）和 NLV（唇瓣萼片化花型）4 种花型的合蕊柱中表达量均最高，而在萼片中表达量最低；在合蕊柱异常发育的 MPV 中，CsAP1-A 在合蕊柱的表达量显著提高，而在花瓣蕊柱化的梅瓣花型（GPV）中整体表达量最高，且表达区域从合蕊柱扩展到花瓣。蛋白互作预测 CsAP1-A 蛋白可与 MADS1、MADS6、MADS47、MADS8 等 10 个蛋白存在互作关系。【结论】墨兰 CsAP1-A 的基因结构、进化关系、时空表达情况和蛋白互作预测可为墨兰花发育的研究提供理论依据，对进一步揭示 CsAP1-A 基因在墨兰成花过程中的作用奠定基础。     

种子休眠分子调控机理的研究进展

休眠是种子的生物适应习性,受到许多因素的调控.前人对种子的休眠进行了大量的、不同方面的研究,其广度和深度也在不断地扩大和深入.目前为止,随着数量遗传学方法和突变体等手段在种子休眠研究中的广泛使用,大量与休眠相关的数量性状位点(QTL)和突变基因已被识别,这些对于进一步揭示植物种子休眠与萌发的详细机制具有十分重要的意义.简单介绍了近年来关于种子休眠遗传变异研究,并从休眠特异性基因、染色质、种子生长发育及激素这四个不同角度简述植物种子休眠的诱导形成,同时试图从基因和分子水平上阐述环境因素对于种子休眠的作用机制,以及休眠解除的调控机理,以期为种子体眠的研究提供一定的参考.     

水稻种子休眠调控技术研究进展

种子休眠是植物适应外界环境条件以确保物种生存、繁衍和进化的自我保护方式,其休眠强弱会直接影响农业生产。本文从遗传学基础、呼吸代谢途径、激素、生态环境因子等方面综述了水稻种子的休眠调控机理,介绍了水稻种子休眠特性的检测方法、休眠特性分级,以及品种遗传特性、植物内源激素、淀粉酶活性等水稻种子休眠特性的影响因素,重点总结和分析了调控水稻种子休眠的物理、化学技术,详细介绍了种植管理、去除稃壳、施用抗穗发芽或破休眠药剂等水稻种子休眠调控技术在农业生产上的应用;同时探讨了水稻种子休眠调控的研究方向,以期为进一步开展水稻种子休眠调控技术研究提供参考。     

红豆杉属树种种子休眠研究概述

种子休眠是植物本身适应环境和延续生存的一种特性,是种子植物进化的一种稳定对策。根据国内外近年来对红豆杉属种子休眠的研究情况,从其种子的休眠以及萌发调控等方面作概述,旨在为红豆杉属植物的生产和保护提供帮助。     

基于ARF10转录因子功能验证及其对拟南芥种子休眠和萌发的影响

生长素是一种新的调控种子休眠的激素,ARF10作为生长素信号途径下游的一个转录因子也参与其中,然而其调控的分子机制并不清楚。以拟南芥茎生叶为供试材料,克隆获得编码ARF10转录因子的基因片段,利用DNA重组技术构建ARF10过量表达载体35S::ARF10-pCAMBIA1301,并通过浸花法转化野生型拟南芥,获得ARF10过量表达的转基因植株(ARF10-OE),通过检测种子休眠性和对ABA敏感性,探究其对种子休眠与萌发的影响。结果显示,ARF10种子休眠性显著高于野生型,其ABA敏感性也较对照更高。基因表达分析结果显示,ARF10基因过量表达能够明显增强调控种子休眠和萌发的关键基因ABI3、ABI4、ABI5以及NCED9的表达,生长素信号途径下游末端转录因子ARF10可能通过上调ABI3、ABI4、ABI5基因的表达,提高了种子对ABA的敏感性;通过上调NCED9的表达,增强了种子的休眠性。     

水稻单基因系与稻瘟病菌互作中防卫相关基因的表达

稻瘟病是危害水稻最严重的真菌病害之一。文章利用稻瘟病菌株J32-6和水稻品种(LTH、J6、J27)构成不同亲和的互作关系,分析了在互作中水稻信号传导途径关键酶合成基因和4个防御反应病程相关蛋白基因的诱导表达。结果表明,稻瘟病菌J32-6诱导了亲和与非亲和互作中水稻Os LOX、Os AOS和Os PAL酶合成基因的表达,表明在与J32-6互作中水稻品种(系)LTH、J6和J27启动了茉莉酸和水杨酸防御反应信号传导途径。在非亲和的互作反应中,稻瘟病菌能不同程度地诱导水稻Os PR1a、OsPR1b、Os PR3-1和Os PR4基因的表达,从而有效激活了防御反应系统,使水稻品种J6和J27表现为抗病;而在亲和的互作反应中,多数Os PR基因的表达水平低、时间短或没有表达,水稻品种LTH表现为感病。     

油菜种子次生休眠遗传多样性的研究

种子因生理代谢改变继而诱导产生次生休眠。研究选育次生休眠性特强和特弱的品种,对防治产区中大量长期存在的地下油菜种子库、田间混杂以及油菜自生苗的泛滥,均具有重要意义。采取实验室聚乙二醇6000诱导次生休眠和4种不同大田埋藏处理相结合的方法,比较甘、白、芥3类油菜共计54个品种(系)在次生休眠特性方面的遗传多样性。结果显示:在大田埋藏处理中休眠特性差异表现显著,次生休眠特性的变异为0~96.75%,广义遗传率为87.56%~92.56%。所用54个品种(系)中休眠率大于45%的占14.81%,休眠率处于20%~45%的占14.81%,休眠率处于5%~20%的占29.63%,休眠率处于1%~5%的占31.48%,休眠率小于1%的占14.81%。经聚乙二醇6000诱导的种子次生休眠特性的广义遗传率为92.73%。相关性分析表明:田间4种处理方法两两之间均呈极显著相关,与其休眠率结果表现一致;在聚乙二醇诱导法与埋藏处理中,除6个月25cm处理外的其余3种处理均表现出极显著相关特性。综合比较不同品种(系)类型的休眠率为芥菜型白菜型甘蓝型,休眠性受遗传因素的影响程度为白菜型芥菜型甘蓝型。     

降温与光长缩短对3个秋眠型苜蓿生理指标变化的影响

低温和短日照是引起苜蓿秋眠的主要环境因子.本试验研究了降温与缩短光长对不同秋眠型紫花苜蓿品种生理特征变化的影响机制,并探讨其与秋眠性之间的关系.结果表明,缩短光长和降温互作处理对于苜蓿各项生理指标的影响显著(P＜0.05)大于单一处理;缩短光长或降温使各个品种SOD、POD活性升高,丙二醛、游离脯氨酸含量呈上升趋势,且秋眠型品种阿尔冈金生理指标的变化受短日照影响更为明显.短日照和低温都是苜蓿生长的一种逆境,晦活性以及渗透性调节物质含量的变化与苜蓿秋眠性存在某种关联.     

鸭腺苷琥珀酸裂解酶基因序列特征及表达与肌肉肌苷酸含量的相关性分析

【目的】克隆鸭腺苷琥珀酸裂解酶（adenylosuccinate lyase,ADSL）基因的完整编码区（coding sequences,CDS）,对其进行核酸和蛋白序列分析,研究该基因在各品种肌肉组织mRNA表达水平;对该基因mRNA表达水平与肌肉组织肌苷酸（inosine monophosphate acid,IMP）含量进行相关性分析。为揭示中国优良地方鸭种的风味基因结构、研究其生物学功能以及与重要风味物质的关系奠定理论基础。【方法】通过PCR扩增和克隆测序获得鸭ADSL基因部分cDNA序列,运用生物信息学方法分析鸭ADSL基因编码区序列、蛋白结构和进化关系,利用real-time-PCR技术检测鸭肌肉组织中ADSL基因mRNA表达水平,利用高效液相色谱法测定肌肉组织IMP含量。【结果】①鸭ADSL基因CDS全长均为1 380 bp,编码459个氨基酸,与鸡的同源性为94.77%。②ADSL蛋白为偏碱性,有较为强烈的信号肽和细胞内跨膜结构,蛋白二级结构主要由α-螺旋构成。③鸭和鸡首先聚为一类,后与人、鼠等哺乳动物聚为一类,而与两栖、鱼类相聚较远。④ADSL基因表达量品种间差异极显著（P＜0.01）;各品种内雌性表达量极显著高于雄性（P＜0.01）;同一性别内胸肌表达量极显著高于腿肌（P＜0.01）（樱桃谷鸭除外,为P＞0.05）。⑤IMP含量在品种间差异极显著（P＜0.01）;各品种内雌性含量显著高于雄性（P＜0.05）;同一性别内胸肌含量显著高于腿肌（P＜0.05）。【结论】鸭ADSL基因CDS序列与鸡的同源性极高,在肌肉组织中该基因的表达量及对应IMP含量表现为不同品种、同一品种不同性别、同一性别不同部位间极显著或显著差异,两者并显现出显著正相关。     

水稻种子成熟和萌发过程中脂氧合酶同工酶活性及其表达水平

水稻种子中有3种脂氧合酶（LOX）同工酶,分别为LOX-1、LOX-2、LOX-3。以本实验室筛选到的LOX-3缺失突变体北陆PL2和正常的水稻品种Koshihikari为材料,研究种子成熟及萌发过程中LOX活性的变化规律。结果显示,2个水稻品种在种子成熟中LOX活性变化规律不一致,Koshihikari开花后10～25d活性升高,以后趋于下降,而北陆PL2花后种子LOX活性基本没有变化;在种子萌发过程中两品种LOX活性变化规律基本一致,萌发初期活性迅速升高,浸水萌发后2d达到峰值,以后开始下降。同工酶分析、半定量RT-PCR结果都显示,在水稻成熟过程中,种子中LOX-3活性和表达水平都显著高于其他两种酶（LOX-1和LOX-2）;在种子萌发过程中,LOX-2活性和表达水平占优势,而LOX-1在种子成熟和萌发过程中都显示较低的活性和表达水平。这表明,水稻种子LOX-3可能与水稻的贮藏特性有关,LOX-2在水稻萌发过程中起主要作用,可能与水稻萌发期间储藏脂质的利用有关或者具有萌发信号的作用,而LOX-1的功能还有待进一步研究。     

油葵杂交种不同品种与密度试验研究

为了寻求新葵4号、新葵6号、新葵7号3个品种及其种植适宜密度,在2009年设置了4种密度水平的2因素裂区试验。结果表明:供试各品种所要求的最适密度不同,否则产量和出仁率降低,千粒重变小;油葵是喜光作物,但各品种之间对光能的利用率是不相同的。新葵4号、新葵6号、新葵7号分别以69 450、61 200～72 450和49 500株.hm-2光能利用率最高。     

白三叶和高羊茅不同品种对萝卜幼苗的化感作用

用白三叶(Trifolium repens)和高羊茅(Festuca arundinacea)的水浸提液进行萝卜(Raphanus sativus)种子发芽和幼苗生长试验，比较了白三叶和高羊茅种间及白三叶海发(Haifa)、铺地(Persistent)、威亚(Huia)、瑞德(Rivendai)4个品种和高羊茅威加斯(Vegas)、法恩(Fawn)、巴比伦(Babilan)3个品种间的化感作用差异，并初步探讨了白三叶和高羊茅对萝卜幼苗生长的化感抑制机制。结果表明，所用品种的水浸提液对萝卜种子的发芽率、幼苗生长均有明显的抑制作用；白三叶的抑制作用大于高羊茅，且品种间存在显差异。化感物质进一步的试验表明，白三叶和高羊茅释放的酚类能显抑制萝卜幼苗细胞的生长。     

刻叶紫堇种子休眠特性及解除方法研究

从刻叶紫堇（Corydalis incisa）种子种皮透水性测定、种胚休眠特性检验、种子萌发抑制物的生物测定3个方面探讨了刻叶紫堇种子休眠的主要影响因素;通过不同层积方式和激素处理等方法探讨解除刻叶紫堇种子休眠的最佳处理方法。结果表明,种皮和种皮中含有的萌发抑制物并不是阻碍刻叶紫堇种子萌发的主要因素,而是由于刻叶紫堇种胚本身存在休眠,决定了其必须经过形态-生理后熟才能萌发;刻叶紫堇种子须经过沙藏层积才能打破休眠,本试验中低温转暖温沙藏是最佳层积方式,与GA₃浸种结合既可以提早打破休眠,还可以提高种子萌发率。     

毛梾种子萌发特性及幼苗生长规律研究

对毛梾种子萌发及幼苗生长规律进行了研究,为种子的繁育提供理论依据。采用称重、测量、解剖、TTC法及内含物测定等方法,分别对不同种源地种子形态结构、活力、内含物含量进行测定,研究不同种源间种子萌发特性差异。采用低温层积、激素处理、不同基质处理相比较及定株观测的方法,研究解除种子休眠的有效技术及毛梾幼苗生长节律。结果表明:6个种源地间以陕西杨陵种源为最优种源,河南种质资源最差;陕西杨陵种源采用室外低温层积催芽效果最好,发芽率达46.7%(为直接播种的114倍);使用激素处理以150mg·L-1 GA3的处理最为有效(发芽率达到48.43%);发芽基质以蛭石最好。毛梾幼苗2个生长高峰期分别为5月下旬到6月上旬和7月底到8月上旬。     

加工型马铃薯品种微型薯种薯贮藏期内源激素含量、阈值和休眠期相关性分析

【目的】加工型马铃薯微型薯作为生产高质量脱毒原种用种薯,其休眠持续时间和发芽时间有着重要的经济意义。探究加工型马铃薯微型薯种薯在不同贮藏温度下,随着贮藏时间延长,微型薯中内源激素含量与其休眠期的关系,可为加工型马铃薯微型薯种薯的高质量贮藏提供理论依据。【方法】采用高效液相色谱(HPLC)法,测定微型薯在3种不同贮藏温度(4℃、10℃、20℃)下连续贮藏150 d,其内源赤霉素(GA3)、吲哚-3-乙酸(IAA)和脱落酸(ABA)的含量,分析不同贮藏时间和温度下内源激素含量变化对微型薯休眠解除程度影响,并根据内源激素水平动态变化进行激素与休眠的相关性推导。【结果】在整个贮藏期(150 d)间,随着贮藏温度提高,两个品种夏波蒂和大西洋休眠解除时间显著缩短,在4℃贮藏150 d后,两个品种休眠均未完全解除,在10℃和20℃贮藏条件下,大西洋比夏波蒂休眠解除早15 d左右。在整个贮藏期(150 d)间,随着贮藏时间延长和贮藏温度提高,GA3含量显著上升,在10℃贮藏150 d时,大西洋和夏波蒂中GA3含量分别是4℃贮藏条件下的1.7和1.9倍,在20℃贮藏150 d时,大西洋和夏波蒂中GA3含量分别是4℃贮藏条件下的1.9和2.0倍。IAA含量在贮藏后期(90—150 d)显著上升,在10℃贮藏150 d时,大西洋和夏波蒂中IAA含量分别是4℃贮藏条件下的1.5和1.2倍,在20℃贮藏150 d时,大西洋和夏波蒂中IAA含量分别是4℃贮藏条件下的1.9和1.5倍。ABA含量显著下降,在4℃贮藏150 d时,大西洋和夏波蒂中ABA含量是10℃贮藏条件下的7.2和6.4倍。在整个贮藏期(150 d)间,(GA3+IAA)/ABA比值显著提高。对(GA3+IAA)/ABA比值与种薯发芽率相关性分析表明,(GA3+IAA)/ABA比值与种薯发芽率呈极显著线性正相关。根据(GA3+IAA)/ABA比值与种薯发芽率之间的线性关系推断出夏波蒂和大西洋休眠解除时,(GA3+IAA)/ABA临界阈值分别为52.02和48.49。当(GA3+IAA)/ABA比值超过临界阈值后,微型薯种薯的发芽率超过50%,休眠解除。【结论】微型薯中内源激素GA3、IAA和ABA含量动态平衡变化以及发芽率明显受贮藏时间和贮藏温度影响。通过对块茎内源激素比值和发芽率的相关性分析获得(GA3+IAA)/ABA临界阈值计算方法和范围,为加工型马铃薯种薯贮藏精准控制提供了理论依据和技术参数。     

草莓解除休眠过程中DNA甲基化变化研究

为了研究DNA甲基化对草莓休眠的影响,进一步阐明草莓休眠的机制,在温度5℃、光照8h处理条件下对全明星和达赛莱克特2个草莓品种进行休眠解除,研究在此过程中总DNA甲基化水平及相关基因表达变化。结果表明,在解除草莓休眠过程中,2个草莓品种新展开叶片中总DNA甲基化水平均降低。甲基转移酶FaDRM(domain-rearranged methyltransferase)基因在2个草莓品种中保持较低表达水平。转葡萄糖基酶FaROS1(repressor of silencing 1)基因在全明星和达赛莱克特中分别从第4周和第3周开始显著上调表达,FaROS1基因的上调表达可能是引起DNA甲基化水平降低的原因之一。